Ученые из России создали самый тугоплавкий материал


21 Май 2020

Источник: nauka.tass.ru

Правда, точную температуру его плавления вычислить не смогли, но она явно больше четырех тысяч градусов Цельсия.

Ученые синтезировали керамический материал с температурой плавления более 4 тыс. °С. Это делает его самым тугоплавким из известных науке материалов, пишет пресс-служба НИТУ "МИСиС".

Подобный материал, как пишет пресс-служба, можно использовать при изготовлении носовых обтекателей ракет и тех частей реактивных двигателей и крыльев самолетов, на которые ложатся особенно сложные тепловые и механические нагрузки. Это особенно важно при разработке космических кораблей и систем, которые могут многократно летать в космос и садиться на Землю.

"При выходе и повторном входе в атмосферу на поверхности и кромке крыльев воздушно-космических кораблей могут наблюдаться температуры порядка 2–4 тыс. °С. Поэтому возник вопрос о разработке новых материалов, способных работать при столь высоких температурах", – сказал один из авторов работы, сотрудник НИТУ "МИСиС" Дмитрий Московских.

Московских и его коллеги сделали большой шаг в сторону решения этой проблемы. Тугоплавкость материала, который они создали, превосходит все известные соединения такого рода, а также другие известные вещества. При этом он отличается высокой механической прочностью.

Материал представляет собой соединение гафния с углеродом и азотом. Его существование еще в 2015 году предсказали американские химики из Брауновского университета. Их расчеты указали, что тугоплавкость этого материала должна достигать 4415 кельвинов, превосходя в этом отношении карбид тантала-гафния(TaHfC).

Новые рекорды тугоплавкости

Российские исследователи и их коллеги из Университета Нотр-Дам (США) проверили это предсказание на практике. Они придумали, как получать большие количества этого соединения, чтобы можно было оценить его тугоплавкость и механические свойства.

Для этого ученые перемололи в специальной мельнице порошки из гафния и углерода, после чего поставили получившуюся смесь в специальную печь, которая была заполнена чистым азотом. Вставив в порошок электроды из вольфрама и пропустив через них ток, материаловеды запустили реакцию образования карбонитрида гафния, поддерживая четко выверенную температуру и давление внутри печи.

Просветив полученный порошок рентгеновским илучением, химики убедились в том, что они получили чистый карбонитрид гафния (HfCN), механические свойства которого совпадали с тем, что предсказывали теоретики в 2015 году. После этого Московских и его коллеги сравнили созданный ими материал с еще одним тугоплавким веществом, карбидом гафния (HfC).

Для этого ученые спрессовали порошок из того и другого вещества в тонкий лист и поместили их внутрь графитовых пластин, подключенных к мощному источнику тока. Эти опыты показали, что новый материал был более тугоплавок, чем его предшественник. Однако точную температуру его плавления ученые измерить не смогли. Пока можно только сказать, что она больше 4 тыс. °С (4273 кельвинов).

В дальнейшем, как отмечают ученые, они планируют измерить точную температуру плавления этого материала с помощью методов высокотемпературной пирометрии. Вдобавок они хотят проверить, как карбонитрид гафния ведет себя в гиперзвуковых условиях. Это важно для  в аэрокосмической промышленности.


Инновации и наука


Старая версия сайта (Архив)